Роль сетевых транспортных средств ос

Сетевые транспортные средства операционной системы передают сообщения между компьютерами через сеть. Современные сети представляют собой сложную систему: они состоят из большого количества подсетей, каждая из которых в общем случае построена на коммуникационном оборудовании различного типа, использующем разнообразные сетевые технологии и объединенном ком­муникационными каналами разного типа по различной топологии. Интернет является наиболее ярким примером такой сети, объединяющей огромное количество подсетей по всему миру.

Транспортные сетевые средства ОС должны экранировать серверные и клиентские компоненты ОС от всех деталей сети и обеспечивать эти высокоуровневые компоненты ОС стабильными и простыми процедурами передачи сообщений, работающими одинаково хорошо и в небольшой локальной сети, и в крупной корпоративной сети, отдельные подсети которой соединены через Интернет.

Для понимания принципов построения транспортных средств сетевых ОС необходимо знать основы современных сетевых технологий. Собственно, транспортные средства ОС отдельного компьютера являются интегральной частью коммуникационных средств компьютерной сети, которые помимо конечных узлов сети — компьютеров — включают промежуточные узлы, такие как маршрутизаторы и коммутаторы. Маршрутизаторы и коммутаторы компьютерной сети работают под управлением собственного программного обеспечения, которое во многих случаях имеет достаточно сложную организацию, что дает право называть его специализированными сетевыми ОС.

Совокупность сетевых средств универсальных ОС компьютеров, являющихся узлами сети, и сетевых средств специализированных ОС, установленных на маршрутизаторах и коммутаторах, можно рассматривать как единую программ­ную коммуникационную систему, которая обеспечивает информационные свя­зи пользователей и приложений в сети.

Коммутация пакетов Пакеты

Современные компьютерные сети работают на основе техники коммутации пакетов. Эта техника была специально разработана для эффективной передачи компьютерного трафика. Телефонные сети, которые до появления компьютеров были основным видом телекоммуникационных сетей, используют другую технику коммутации, называемую коммутацией каналов. Мы не будем вдаваться в ее детали, но в данном контексте главным является то, что в телефонной сети между терминальным оборудованием — телефонами — создается составной ка­нал с фиксированной пропускной способностью, которая выделяется на время соединения именно этой паре терминалов. Такой принцип отвечает особенностям телефонии. Например, современный цифровой телефон порождает постоянный поток битов, передаваемых со скоростью 64 Кбит/с, поэтому в цифровых телефонных сетях между абонентами создаются каналы с фиксированной пропускной способностью в 64 Кбит/с, и эта пропускная способность полностью используется.

Эксперименты по созданию первых компьютерных сетей на основе традиционных телефонных каналов показали, что этот вид связи не позволяет достичь высокой общей производительности сети из-за высокого уровня пульсации компьютерных данных. Действительно, работа пользователя, который сканирует веб-ресурсы Интернета, очевидным образом порождает неравномерный трафик. При загрузке очередной страницы в компьютер скорость резко возрастает, а после окончания загрузки падает практически до нуля.

Коэффициент пульсации трафика отдельного пользователя сети определяется как отношение пиковой скорости на каком-либо небольшом интервале времени к средней скорости обмена данными на длительном интервале времени и может достигать значений 100:1. Если для описанного веб-сеанса организовать коммутацию канала между компьютером пользователя и сервером, то большую часть времени канал будет простаивать. В то же время часть производительности сети останется закрепленной за данной парой абонентов и недоступной другим пользователям сети. Сеть в такие периоды похожа на пустой эс­калатор метро, который движется, но полезную работу не делает, другими словами, «перевозит воздух». Поэтому для компьютерных сетей и был предложен и воплощен в жизнь принципиально иной принцип коммутации, который получил название коммутации пакетов.

При коммутации пакетов все передаваемые пользователем сети данные разбиваются в исходном узле на сравнительно небольшие части, называемые пакетами, кадрами или ячейками, — в данном контексте различия в значении этих терминов не существенны (рис. 9.1). Каждый пакет снабжается заголовком, в котором указывается адрес, необходимый для доставки пакета узлу назначения. Наличие адреса в каждом пакете является одним из важнейших свойств техники коммутации пакетов, так как каждый пакет может быть обработан ком­мутатором независимо от других пакетов информационного потока. Помимо заголовка у пакета имеется еще одно дополнительное поле, которое обычно размещается в конце пакета и поэтому называется концевиком. В концевике помещается контрольная сумма, которая позволяет проверить, была ли искажена информация при передаче через сеть или нет.

Рис. 9.1. Разбиение потока данных на пакеты

Пакеты поступают в сеть без предварительного резервирования линий связи и не с фиксированной заданной скоростью, как это происходит в сетях с коммутацией каналов, а в том темпе, в котором их генерирует источник. Предполагается, что сеть с коммутацией пакетов, в отличие от сети с коммутацией каналов, всегда готова принять пакет от конечного узла.